馬昌武，黃愛芹，段元旭

（濱州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 濱州 256603）

1 研究背景及意義

隨著瓦片需求量的增加，瓦片打包的問題也隨之出現(xiàn)。目前國內(nèi)有多企業(yè)進(jìn)行過瓦片打包的研制工作，例如，上億有限公司生產(chǎn)了一臺SY-125 半自動棧板打包機(jī)，在1992年西安航空發(fā)動機(jī)公司與臺灣喜鎂工業(yè)股有限司公聯(lián)合研制成SM—401 型自動打包機(jī)。但此類瓦片打包的機(jī)器普遍存在造價高、對打包帶要求高等問題，所以還需要不斷研究改進(jìn)瓦片打包等一系列工作。

近幾年，對于國內(nèi)外的瓦片打包機(jī)的發(fā)展情況來說,雖然打包技術(shù)上有所成熟、整體系統(tǒng)更加完善,但是成本過高、性價比低,而且不能適應(yīng)國內(nèi)小型加工企業(yè)的需求，所以，適合國內(nèi)需求的瓦片打包機(jī)還需要一步步不斷改進(jìn)。

2 設(shè)計(jì)方案

整臺機(jī)器由STM32 單片機(jī)控制核心系統(tǒng)，共分為計(jì)數(shù)、傳動和熱熔三個工作機(jī)構(gòu)，通過電動熱熔法完成瓦片打包過程，這種設(shè)計(jì)讓瓦片打包更加方便快捷，適用性強(qiáng)。瓦片的計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)由紅外線發(fā)射管、紅外線接收傳感器、紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器等組成，傳動機(jī)構(gòu)由傳送帶、擋板、近距離感應(yīng)器、步進(jìn)絲桿以及電動推桿等組成，熱熔機(jī)構(gòu)由加熱片、溫度控制器等組成。加工完成后的瓦片落到傳動系統(tǒng)上，此過程紅外線傳感器對瓦片進(jìn)行計(jì)數(shù)，瓦片送到指定打包地點(diǎn)后，通過電動熱熔法（對于不同的打包帶可調(diào)節(jié)溫度旋鈕將熱熔溫度調(diào)節(jié)到對應(yīng)打包帶的熔點(diǎn)）自動完成打包帶的聚帶、黏合、切斷、出帶過程。這種全新的瓦片打包機(jī)捆扎瓦片整齊美觀，大大提高了它的實(shí)用性。

3 打包機(jī)的整體設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)器整體結(jié)構(gòu)圖

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

瓦片計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)主要包括紅外線發(fā)射管、紅外線接收傳感器、紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器2。當(dāng)瓦片進(jìn)入紅外線感應(yīng)區(qū)域后，紅外線發(fā)射管發(fā)出的紅外線由于瓦片遮擋反射到紅外線接收傳感器上，通過集成線路內(nèi)的微電腦處理后的信號發(fā)給紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器，瓦片每通過紅外線感應(yīng)區(qū)域一次紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器數(shù)值就會加1，完成計(jì)數(shù)的瓦片將會依次落到載物臺上等待下一打包流程。

3.3 傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

瓦片傳動機(jī)構(gòu)主要包括傳送帶1、擋板、近距離感應(yīng)器10、載物臺、步進(jìn)絲桿7 以及電動推桿3 等，可以實(shí)現(xiàn)瓦片在二維空間內(nèi)任意移動。將步進(jìn)絲桿通過鉚釘固定在打包機(jī)底部，通過步進(jìn)式電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動其前后運(yùn)動；把行程為300MM 的電動推桿通過方形底座與步進(jìn)絲桿相連接，電動推桿上方有自制的載物臺和擋板，可以承載瓦片，保證瓦片可以穩(wěn)定運(yùn)輸。

紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器隨著瓦片經(jīng)過示數(shù)不斷增加，同時L298 模塊控制電動推桿隨之上升或下降來調(diào)節(jié)接收瓦片的高度，當(dāng)示數(shù)達(dá)到一定值以后，紅外線感應(yīng)計(jì)數(shù)器通過信號反饋給繼電器從而控制傳送帶停止輸送工作，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)檢測到傳送帶停止工作后緊接著帶動載物臺上的瓦片平穩(wěn)向前運(yùn)動，在將要到達(dá)輸送終點(diǎn)處會有一個近距離感應(yīng)器，在一定范圍內(nèi)當(dāng)感應(yīng)到有物體時，感應(yīng)器會將信號傳送給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動模塊使絲桿停止運(yùn)動，同時也可以保證瓦片運(yùn)輸?shù)陌踩珕栴}。當(dāng)絲桿停止運(yùn)動后步進(jìn)驅(qū)動模塊通過集成電路處理后的信號發(fā)送給L298 驅(qū)動，L298 驅(qū)動模塊控制推桿電機(jī)下降，將瓦片準(zhǔn)確地放置在打包架上等待打包。

3.4 熱熔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械手4 抓取打包帶，雙曲柄滑塊11 在減速電機(jī)8 的作用下帶動機(jī)械手左右運(yùn)動，當(dāng)打包帶第一次從瓦片下方經(jīng)過后，硅橡膠加熱板6 立刻伸出但此時加熱程序并未啟動；在多個舵機(jī)5 的相互配合下，機(jī)械手繼續(xù)向上、向左進(jìn)行繞繩，當(dāng)經(jīng)過硅橡膠加熱板的上方時雙曲柄滑塊停止運(yùn)動，此時小擋板（與加熱片相互平行）向外伸出，硅橡膠加熱板開始工作稍微熱熔兩打包帶的上下表面，隨后馬上回到原始位置，下方的舵機(jī)控制施力塊向上一頂，兩打包帶相互融合在一起；雙曲柄滑塊帶動機(jī)械手回到初始位置，打包帶旁邊的切割刀通過上下剪切力將打包帶剪短，最后將打包完成的瓦片運(yùn)送到指定位置。

熱熔機(jī)構(gòu)中的硅橡膠加熱板可外接數(shù)顯溫控器，根據(jù)打包帶種類的不同可在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)0～90℃的調(diào)節(jié)，大大提高了打包帶的利用效果。

3.5 控制系統(tǒng)

在電路控制方面，首先根據(jù)控制系統(tǒng)所需要的主控芯片STM32(ARM Cortex-M3),完成外圍電路的設(shè)計(jì)、ISP 模塊的設(shè)計(jì)、電源模塊的設(shè)計(jì)，繪制出整體電路圖和PCB 板圖，刻成電路板，將相應(yīng)的電子元件焊接在上面，形成整個控制系統(tǒng)電路板，連接好電路，進(jìn)行程序調(diào)試；利用MSCOMM32 組件設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面時，用Port-Helper 設(shè)計(jì)上下位的串口通信，利用MFC 完成界面外觀及各種組件功能的設(shè)計(jì)。

圖2 控制系統(tǒng)圖

4 結(jié)語

中國市場出現(xiàn)很多關(guān)于瓦片打包的機(jī)器，雖然可以實(shí)現(xiàn)其基本功能，但是普遍存在體積過大、造價高、適用范圍小等問題。本產(chǎn)品的優(yōu)勢在于體積小、性價比高，使用溫度可調(diào)的熱熔方式固定打包帶，增大產(chǎn)品適應(yīng)范圍，此方法簡單、快捷、捆扎連續(xù)可靠，可用于小型企業(yè)。該產(chǎn)品不僅可以縮短打包時間，提高工作效率，節(jié)約成本和完善現(xiàn)有裝置的不足之處，還能適應(yīng)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高工作效率，預(yù)計(jì)將會有廣闊的市場前景。